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문제 정의
- 따라서 본 연구는 강릉시 강문항 주변의 강문 해수욕장을 선정하여 해안선 변화에 따른 해빈의 이동 및 변화를 신속하게 관측하기 위해 지상용 레이저 스캐너와 RTK-GPS를 이용하여 해빈 지형의 원시 자료를 획득하고 3차원 수치지형모형을 구현함으로써 해빈 자료 추출에 대한 활용 가능성을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 3차례의 수준측량 결과를 경년 변화 추출기법을 이용하여 해안의 모래 유동을 해석하였고(최철웅 등, 1995), 현장 측량을 실시하여 학동 해빈의 계절적인 단면 변화를 분석하였다(함계운 등, 2002). 비디오 영상 모니터링 기술을 이용하여 시간별 해수와 육지의 경계면으로 해안선 추출 및 변화를 분석하였다(김태림, 1998; 김태림, 2003).
- GPS 측량 자료는 Leica Geo Office ver.5.0을 이용하여 그림 12와 같이 수신된 자료를 확인하고 처리하였으며, 3차원 점 자료 형태로 만들어 ArcGIS Desktop ver.9.0에서 점 자료로 그림 13과 같이 불러오기를 실행하였다. 또한 그림 14와 같이 음영기복도로 표현하여 해빈 모형을 완성할 수 있었다.
- 해빈 관측은 2008년 3월 28일에 실시하였고, IS를 이용하여 스캔 자료를 취득하는 방법상의 절차로는 IS onboard 소프트웨어인 “TopSURV”가 탑재되어 있다. 그림 2와 같이 내장된 카메라(130만 화소) 이미지로 대상 지역을 살펴본 후, 스캐닝 설정을 위해 격자 스캔은 지상 20cm 간격으로 된 영역을 지정하여 두 부분의 구간으로 나뉘어 소프트웨어 상에서 연계시킬 수 있도록 완료하였다.
- 부산광역시 5개 연안 해역을 대상으로 RTK-GPS와 항공사진, 위성영상을 이용하여 해안선의 정성적 분석과 시계열적 변화량을 분석하였다(이재원 등, 2007). GPS 기법을 이용하여 해운대 사빈 지역 자료를 획득하였고(홍현정 등, 2006), DGPS를 이용하여 강릉시 연안의 해안선 변화를 고찰하였다(이형석과 김인호, 2007).
- 3차례의 수준측량 결과를 경년 변화 추출기법을 이용하여 해안의 모래 유동을 해석하였고(최철웅 등, 1995), 현장 측량을 실시하여 학동 해빈의 계절적인 단면 변화를 분석하였다(함계운 등, 2002). 비디오 영상 모니터링 기술을 이용하여 시간별 해수와 육지의 경계면으로 해안선 추출 및 변화를 분석하였다(김태림, 1998; 김태림, 2003).
- 상기와 같이 구성된 3차원 측점, 등고선, 불규칙삼각망 자료를 캐드파일로 내보내기 하고 ArcGIS Desktop ver.9.0을 이용하여 임의의 두 지점을 선정하여 그림 11과 같이 횡단면을 분석함으로써 해빈 경사도를 파악할 수 있었다. 해안 침식 및 퇴적의 주요 관심 지역을 대상으로 단면을 구성하거나 일정한 범위의 면적 및 체적을 산정함으로써 해빈 지형의 변화 상태를 정량적으로 비교할 수 있을 것이다.
- 수십년(1971～2005)간 6개의 항공촬영사진을 비교하여 후포항 주변 해안선의 장기 변화 양상을 고찰하였다(박일흠과 이영권, 2007). 일반 사진자료와 3개의 항공사진 분석을 통해 진하해수욕장 일대의 방사제 축조 이전과 이후 상황을 비교 및 해빈 발전 양상을 예측하였다(김성득 등, 2008).
- 수십년(1971～2005)간 6개의 항공촬영사진을 비교하여 후포항 주변 해안선의 장기 변화 양상을 고찰하였다(박일흠과 이영권, 2007). 일반 사진자료와 3개의 항공사진 분석을 통해 진하해수욕장 일대의 방사제 축조 이전과 이후 상황을 비교 및 해빈 발전 양상을 예측하였다(김성득 등, 2008). 광양만의 해안선, 면적량 및 수심 변화량을 산출하기 위해 각각 4개의 종이해도 및 항공사진을 이용한 바 있다(김종규 등, 2007).
- IS의 토털스테이션(Total Station) 기능을 이용하여 지상기준점과 레이저스캐너 관측점의 좌표를 관측하여 연속적으로 스캐닝의 자료 값을 연계할 수 있다. 하지만 IS가 국내에 도입된 제품이 아닌 시험용으로 준비되어 지상용 레이저 스캐너의 사용 시간이 제한된 관계로 지상 기준점과는 일치시키지 못하였고, 본 연구는 그림 3과 같이 강문항의 해빈 지역에 기계점의 좌표를 임의로 설정하여 두 차례의 연속 관측만으로 연계하여 임의 좌표계로 설정되었다.
- 해안 지역을 대상으로 진행된 해안 자료 획득 방법들을 살펴보면 우선 해도를 사용하는 경우로서, 4개의 연도별 해도를 이용하여 해안과 해전의 변화 정도를 분석하였고(양인태 등, 2002), 6개의 제작 연도별 해도 자료를 활용하여 금강 하구둑 축조 전 후 4개의 구간에서 지형을 분석하여 수심 변화와 퇴적 구간을 파악하였다(신문섭 등, 2006). 또한 낙동강 하구역사주간의 이격 거리와 사주 면적 변화량을 산출하기 위해 1927년 이후의 6개의 수치해도 사용에 대한 결과 값의 분석과 활용의 한계성을 제시한 바 있다(유창일 등, 2006).
- 해안지형 자료 획득의 효율적인 대안으로서 지상용 레이저 스캐너와 RTK-GPS를 각각 적용한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
- GPS 위성 관측 자료는 1초 간격으로 수신하도록 설정하였고, 실측된 점 자료는 약 5,000개 정도이며 종·횡방향으로 평균 1.1m 정도의 간격으로 격자 형태로 분포되었다.
- 본 관측 대상 지역은 그림 1과 같이 강원도 강릉시의 강문 해수욕장 일대로 최근 급격히 해빈지역의 침식이 일어나고 있는 약 200m 구간의 범위이며, 해안 사구 지역이었던 강문 지역은 횟집상가 촌이 형성되어 있으며 관광개발을 위하여 해안도로까지 건설되어 있다. 특히 횟집상가의 주차장을 확보하기 위하여 도로 전면의 해측으로 양빈을 실시하였지만 고파랑에 의한 침식은 가중되고 있다.
- 지상용 레이저 스캐너는 넓은 지역의 지형 및 광산측량, 건축물 및 구조물 관측 등의 분야에서 사용되고 있는데, 본 연구에 사용된 관측 장비는 TOPCON Imaging Station(IS)으로서 그 모습과 제원은 표 1과 그림 2와 같다. 터치 드라이빙 기능 및 그리드 스캔 기능을 병행하여 연속 모드를 사용하면 최대 20Hz(20점/초)로 측정이 가능하며 스캔 범위는 최대 250m이다.
데이터처리
- 관측된 자료는 Topcon Image Master ver.1.1 소프트웨어를 이용하여 처리 및 분석하였다. 그림 7과 같이 여러 방향에서 점 자료의 획득 상태를 확인할 수 있었으며, 이러한 점 자료 중 관측시 생성된 불필요한 노이즈들, 즉 그림상에서 보면 좌상단 부분에서 보여지는 필요 부분외의 지역 자료들(전봇대, 건물, 차량 등)을 삭제함으로써 그림 8과 같이 3차원 등고선을 구현할 수 있었다.
이론/모형
- 부산광역시 5개 연안 해역을 대상으로 RTK-GPS와 항공사진, 위성영상을 이용하여 해안선의 정성적 분석과 시계열적 변화량을 분석하였다(이재원 등, 2007). GPS 기법을 이용하여 해운대 사빈 지역 자료를 획득하였고(홍현정 등, 2006), DGPS를 이용하여 강릉시 연안의 해안선 변화를 고찰하였다(이형석과 김인호, 2007).
- RTK-GPS 측량은 그림 5의 GPS 측량시스템을 사용하여 2008년 11월 2일에 실시하였다. 실측 중 타원체(local ellipsoid)는 GRS 1980로, 투영법(projection)은 TM 129으로 설정하였다. 그림 6과 같이 해빈의 모형은 3월보다 비교적 완만한 경사의 형태를 이루고 있었다.
성능/효과
- RTK-GPS 측량의 X, Y 및 높이값의 표준편차는 6mm, 9mm 및 15mm로 나타났으며, 위치(X, Y) 및 높이값 성분의 표준편차에 대한 평균제곱근(RMS)은 그림 15와 같이 위치값 1.1cm, 높이 1.5cm의 내부 정확도로 나타났다. 단지 GPS 측량시 측점에 대한 정밀한 위치 선정이 보다 더 요구되어지므로 이를 감안하면 해빈 지형의 양상을 파악하기에는 비교적 양호한 성과라고 생각된다.
- 또한 점 자료의 시각적인 이해를 도모하기 위해 그림 9와 같이 등고선도와 불규칙삼각망도로 표현할 수 있었으며, 그림 10과 같이 스캔시 촬영한 수치 사진을 완성된 3차원 수치모형에 질감으로 피복시켜 해빈 지형의 실제적인 상태로 표현시킬 수 있었다. 단지 수치사진의 화소가 저해상도이어서 다소 세밀하게 해빈 지형을 표현하기에는 부족하였다.
- 지상용 레이저 스캐너의 경우 수치 사진의 해상도를 고해상도로 성능을 향상시킨다면 지형 피복시 보다 사실감을 더할 수 있을 것이며, 경사가 심하거나 비접근 지형 등 측정이 불가한 대상물에 있어서는 편의성이 보장되어 효율적 방법이 될 수 있음을 알 수 있었다. 또한 측정시 보여지지 않는 사각지대는 관측 지점을 달리하여 보완 관측함으로써 3차원 모형 구현의 효과를 높힐 수 있을 것이다.
- 해빈의 이동 및 변화를 측정하기 위해 기존에 제시되어 왔던 해도, 수치지형도, 항공사진, 수준측량, 항공 LiDAR 등의 방법외에 지상용 레이저 스캐닝과 RTK-GPS 기법 또한 3차원 해빈모형 구축에 효율적임을 알 수 있었다.
후속연구
- 국부적 및 일시적 변화가 발생하거나 예상되는 해빈을 대상으로 지상 레이저 스캐닝과 RTK-GPS의 두 가지 방법을 연계하여 상호보완적으로 해빈 자료를 획득한다면 해안 관리를 위한 기초 자료 구축에 보다 효율적인 방법이 될 수 있을 것이다. 또한 지리정보체계의 3차원 입력 자료로 연계하여 활용할 수 있어 다양한 공간 분석 방법으로 해안 지형 변화와 관련하여 단면 및 모래의 이동 총량을 계산하여 모니터링할 수 있는 체계로 발전시킬 수 있을 것이다.
- 국부적 및 일시적 변화가 발생하거나 예상되는 해빈을 대상으로 지상 레이저 스캐닝과 RTK-GPS의 두 가지 방법을 연계하여 상호보완적으로 해빈 자료를 획득한다면 해안 관리를 위한 기초 자료 구축에 보다 효율적인 방법이 될 수 있을 것이다. 또한 지리정보체계의 3차원 입력 자료로 연계하여 활용할 수 있어 다양한 공간 분석 방법으로 해안 지형 변화와 관련하여 단면 및 모래의 이동 총량을 계산하여 모니터링할 수 있는 체계로 발전시킬 수 있을 것이다.
- 지상용 레이저 스캐너의 경우 수치 사진의 해상도를 고해상도로 성능을 향상시킨다면 지형 피복시 보다 사실감을 더할 수 있을 것이며, 경사가 심하거나 비접근 지형 등 측정이 불가한 대상물에 있어서는 편의성이 보장되어 효율적 방법이 될 수 있음을 알 수 있었다. 또한 측정시 보여지지 않는 사각지대는 관측 지점을 달리하여 보완 관측함으로써 3차원 모형 구현의 효과를 높힐 수 있을 것이다.
- 본 연구의 한계로서 지상용 레이저 스캐닝 자료가 지상 기준점과 연계되지 않은 임의 좌표계로 설정된 관계로 RTK-GPS 측량자료와 동일 좌표계로 구축하지 못해 7개월 후의 해빈량의 차이를 비교할 수는 없었다.
- 0을 이용하여 임의의 두 지점을 선정하여 그림 11과 같이 횡단면을 분석함으로써 해빈 경사도를 파악할 수 있었다. 해안 침식 및 퇴적의 주요 관심 지역을 대상으로 단면을 구성하거나 일정한 범위의 면적 및 체적을 산정함으로써 해빈 지형의 변화 상태를 정량적으로 비교할 수 있을 것이다.
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